Бесшумная видеокарта Gigabyte GV-NX86S256H
Евгений Рудометов
Rudometov@rudometov.com
Применяя фирменные решения охлаждения высокопроизводительных полупроводниковых чипов, предусматривающие использование нескольких радиаторов и тепловых трубок, компания Gigabyte выпустила полностью бесшумную видеокарту Gigabyte GV-NX86S256H
Современные высокопроизводительные компьютеры требуют адекватных видеокарт, основу которых составляют мощные графические процессоры (GPU). Эти элементы по уровню теплообразования зачастую не уступают своим старшим собратьям – центральным процессорам ПК (CPU).
Для обеспечения корректной работы видеокарт, созданных на основе таких GPU, требуются мощные средства охлаждения. Последние обычно представлены специально разработанным под каждую видеокарту «кулером», состоящим из радиатора, установленного и закрепленного на GPU, а также интенсивно обдувающего данный радиатор мощного вентилятора. При всей простоте и эффективности есть у таких систем один серьезный недостаток: они представляют собой мощный источник акустического шума.
Однако благодаря применению современных технологий возможны варианты охлаждающих систем и без вентиляторов. В качестве примера одного из таких решений можно привести видеокарту Gigabyte GV-NX86S256H, созданную на основе сравнительно мощного GPU — NVIDIAGeForce 8600 GTS.
Комплект и основные параметры Gigabyte GV-NX86S256H
Рис. 1. Комплект видеокарты Gigabyte GV-NX86S256H
В состав комплекта входят: упаковочная коробка; видеокарта GigabyteGV-NX86S256H, созданная на основе видеочипа NVIDIAGeForce 8600 GTS, кабели и переходники, документация на английском языке, CD-ROM с программным обеспечением.
Основные параметры видеокарты GigabyteGV-NX86S256H приведены в Таблице 1.
Таблица 1. Основные параметры видеокарты Gigabyte GV-NX86S256H
Элементы и подсистемы |
Параметры |
Графический процессор |
NVIDIA GeForce 8600GTS |
Интерфейс подключения |
PCI Express x16 |
Объем видеопамяти, Мбайт |
256 |
Ширина шина видеопамяти, бит |
128 |
Тип видеопамяти |
GDDRIII 16Mx32 |
D-SUB |
Да (через адаптер) |
TV-OUT |
Да |
DVI |
Да (DVI-I) |
VIVO |
Нет |
MultiView |
Да |
Минимальные системные требования, необходимые для корректной работы видеокарты, представлены в Таблице 2.
Таблица 2. Минимальные системные требования
Элементы и подсистемы |
Параметры |
Центральный процессор |
Intel Pentium 4 или AMD Athlon |
Интерфейс подключения |
PCI Express x16 |
Объем оперативной памяти, Мбайт |
128 (2048 или больше – для большей производительности) |
Оптический дисковод для установки ПО |
CD-ROM или DVD-ROM |
Операционная система |
OS Windows Vista, Windows XP с SP2, Windows XP Professional x64 Edition, Windows 2000 |
Блок питания, Вт |
450 |
Видеокарта поддерживает Direct 10 и OpenGL 2.0, технологии PureVidio и SLI. Для организации конфигурации SLI требуются две карты GigabyteGV-NX86S256H, а также материнская плата с двумя слотами PCIExpess x16, SLIbridge connector и рекомендуется использовать блок питания мощностью 1000 Вт и выше.
Особенности конструкции Gigabyte GV-NX86S256H
Распространенные средства охлаждения высокопроизводительных видеочипов, состоящие из радиатора и вентилятора, порождают, как известно, значительный акустический шум. Данный шум является негативным фактором. С ним пытаются бороться разработчики всех компьютерных компонентов, вынужденных использовать традиционные кулеры.
Однако имеются и альтернативные варианты, не предусматривающие использования вентиляторов. Например, поддержание необходимого для корректной работы видеочипа температурного режима можно достичь с помощью нескольких компактных радиаторов, соединенных специальными теплопроводящими трубками. Такие трубки получили наименование тепловых (Heat Pipe).
Впервые идея применения для передачи тепла труб с высокой теплопроводностью была предложена еще в 1942 году. Однако только в последние годы они стали интенсивно использоваться в кулерах полупроводниковых микросхем. И как оказалось, по эффективности тепловые трубки во много раз превышают возможности сплошных медных стержней равного с ними диаметра.
Принцип работы тепловых трубок основан на теплофизике фазовых переходов жидкостей, заключенных в полые трубки, исполняющих роль транспортных средств передачи тепловой энергии.
Специально подобранная жидкость под действием тепла, образующегося, например, от работы графических или центральных процессоров переходит в газообразное состояние. При этом за счет фазового перехода поглощается очень большое количество тепла, например теплота парообразования для воды составляет 539 калорий на каждый грамм.
В парообразном состоянии жидкость достигает холодного конца тепловой трубки, соединенной с радиатором, рассеивающим тепло. За счет охлаждения жидкость в тепловой трубке конденсируется, отдавая тепло трубке, а от нее и радиатору. На этом этапе теплота парообразования возвращается обратно через радиатор в окружающую воздушную среду (Рис. 2).
Рис. 2. Принцип работы тепловой трубки
Следует отметить, что внутренняя поверхность полой металлической трубки, исполняющей роль тепловой, покрыта специальным капиллярно-пористым веществом. Сконденсировавшаяся жидкость за счет сил поверхностного натяжения через данный пористый материал попадает опять в горячую область.
На этом этапе цикл заканчивается, чтобы повторяться снова и снова. Это и обеспечивает работу теплового насоса, роль которого выполняет описанная тепловая трубка, передающая тепловую энергию от защищаемого полупроводникового элемента к радиатору.
Остается отметить, что такая трубка способна передавать тепловую энергию в больших количествах и с высокой скоростью. Необходимо только правильно подобрать жидкость или смесь жидкостей, чтобы парообразование происходило в требуемом диапазоне температур с учетом давления в замкнутом пространстве трубки. Обычно температурный диапазон, который требуется для корректной работы полупроводниковых элементов и устанавливается для тепловых трубок, составляет от 20 до 100 °С.
Для охлаждения как GPU, так и CPU в качестве рабочей жидкости могут использоваться вода (диапазон рабочих температур от 30 до 200 °С) или ацетон (диапазон рабочих температур от 0 до 120 °С). В качестве материала тепловой трубки, как правило, используют медь, но может применяться и алюминий, и даже сталь. Что же касается капиллярно-пористого материала, применяемого в тепловых трубках, то он должен быть достаточно мелкопористым для улучшения капиллярного эффекта. Однако конструкторам приходится учитывать, что слишком мелкопористая структура может препятствовать проникновению жидкости. Остается отметить, что выбор данного материала зависит и от жидкости, и от рабочих температур, и от общей длины тепловой трубки.
Использование тепловых трубок позволяет создавать конструкции из нескольких соединенных вместе радиаторов. Такая конструкция распределяется оптимально по поверхности видеокарты с целью эффективного рассеивания тепла с учетом существующих воздушных потоков. Она позволяет поддерживать необходимый тепловой режим работы полупроводниковых комплектующих видеокарты при полном отсутствии акустического шума.
Именно такая конструкция была положена в основу системы охлаждения видеочипа NVIDIAGeForce 8600 GTS видеокарты Gigabyte GV-NX86S256H. Сам же метод охлаждения с помощью данной конструкции, состоящей из нескольких радиаторов и тепловых трубок, был назван специалистами Gigabyte технологией Silent-Pipe.
Внешний вид видеокарты Gigabyte GV-NX86S256H приведен на Рис. 3.
Рис. 3. Внешний вид видеокарты Gigabyte GV-NX86S256H
В конструкции этой видеокарты использована охлаждающая система с описанными выше тепловыми трубками, соединяющими радиаторы. Внешний вид данной системы представлен на Рис. 4.
Рис. 4. Охлаждающая система видеокарты Gigabyte GV-NX86S256H
Получившаяся видеоподсистема является полностью бесшумной, что повышает ее привлекательность среди потенциальных пользователей.
Указанная конструкция охлаждения хорошо функционирует в открытом системном блоке. Однако ее эффективность существенно повышается в случае использования потоков воздуха, образуемых за счет существующих корпусных вентиляторов. При этом засасываемый холодный воздух охлаждает радиаторы видеокарты, проходя сначала через пластины радиатора, расположенного у портов, и далее – через пластины радиатора, установленного на GPU (Рис. 5). Тепловые трубки осуществляют тепловую связь между данными радиаторами, обеспечивая выравнивание температур. В дополнение к работе данной конструкции часть воздушного потока охлаждает обратную сторону видеокарты. Этому в значительной степени помогает поток от процессорного кулера.
Рис. 5. Основные воздушные потоки, связанные с видеокартой Gigabyte GV-NX86S256H
Следует отметить, что эффективность Silent-Pipe в правильно спроектированном и снабженном корпусными вентиляторами системном блоке довольно высока. Об этом свидетельствует опытная эксплуатация описываемой видеокарты Gigabyte GV-NX86S256H в корпусе Foxconn.
Отсутствие в конструкции видеокарты локального вентилятора обеспечивает полную бесшумность ее работы. Но, как было показано выше, эффективность описанной системы охлаждения зависит от наличия воздушных потоков, основную долю которых формируют корпусные вентиляторы. А эти вентиляторы сами являются источниками акустического шума. В результате может сложиться впечатление, что произошла подмена одного источника на другой.
Однако необходимо учитывать, что стремление к минимизации размеров видеокарты заставляет конструкторов применять в локальной системе охлаждения вентилятор небольших размеров. Для обеспечения соответствующего значительному теплообразованию GPU воздушного потока данный вентилятор должен иметь сравнительно высокую частоту вращения.
Проблема охлаждения осложняется еще и тем, что традиционные способы снижения температуры радиатора GPU связаны с перемещением внутренних, теплых потоков воздуха. В результате приходится еще больше увеличивать частоту вращения вентилятора видеокарты, и он становится мощным источником акустического шума, максимум интенсивности которого, кстати, находится в диапазоне высокой чувствительности человеческого уха.
Корпусные же вентиляторы имеют значительно больший диаметр. Для образования необходимых потоков воздуха они имеют по сравнению с вентилятором видеокарты существенно меньшие частоты вращения, что и обеспечивает меньший уровень акустического шума. Учитывая же то, что в охлаждении видеокарты участвуют потоки внешнего, сравнительно холодного воздуха, частота вращения корпусных вентиляторов не является высокой. Все это и объясняет целесообразность использования описанной системы охлаждения.
Что же касается производительности указанной видеокарты, то она была оценена в процессе тестирования.
Производительность
Конфигурация системы, используемой в тестировании видеокарты Gigabyte GV-NX86S256H:
· Материнская плата Intel D975XBX (чипсет i975X),
· Процессор Intel Core 2 Extreme X6800 (Conroe, Dual Core, 65 нм, 2,93 ГГц, шина — 1066 МГц, L2 — 4 Мбайт),
· Оперативная память DDR2 667, два модуля Apacer по 1 Гбайт, два канала,
· Видеокарта Gigabyte GV-NX86S256H (чип NVIDIA GeForce 8600 GTS, шина PCI Express x16),
· Накопитель на жестких магнитных дисках Seagate 7200.10 объемом 750 Гбайт,
· Операционная система OC Windows 2003 Enterprise Server.
Уровень производительности видеокарты Gigabyte GV-NX86S256H характеризуют численные данные, приведенные в таблице 3 и на рис. 6. В качестве эталонной была выбрана видеокарта, созданная на основе чипа Ati Radeon X600. Эта карта, произведенная компанией ASUSTeK, была в числе лидеров всего несколько лет назад.
Таблица 3. Результаты выполнения теста 3DMark05
Видеокарта |
Результаты |
GV-NX86S256H |
11721 |
Ati Radeon X600 |
2293 |
Рис. 6. Результаты выполнения теста 3DMark05
Приведенные данные не нуждаются в комментариях и свидетельствуют о высокой производительности видеокарты Gigabyte GV-NX86S256H.
В заключение можно рекомендовать данную карту широкому кругу пользователей, стремящихся к бесшумным, сравнительно высокопроизводительным системам.
Видеокарта GV-NX86S256H была предоставлена московским офисом компании Gigabyte